17大中型跨径钢拱肋桥安装质量控制的探讨

1大中型跨径钢拱肋桥安装质量控制的探讨陈晓民，颜显玉（中山市市政建设中心，广东中山528000）摘要：三维空间组合钢拱肋桥两条倾斜拱肋、桥面曲线钢箱梁、倾斜吊杆，中山市35号路长江大桥主桥为2.75m+110.0m+2.75m蝴蝶飞奔承载式钢拱肋桥；结合设计与相应规范，针对工程实践，提出钢拱桥安装的准备、质量控制要点。关健词：钢拱肋桥；准备；安装；质量；控制。1、前言长江大桥主桥为110米跨度的钢拱肋桥，由两条倾斜的钢拱肋、桥面曲线钢箱梁、倾斜的吊杆组成一个多元的空间体系，承担着三维空间中全部荷载。拱肋的巨大水平推力借助于桥面钢箱梁来平衡和基础承受。钢拱肋主桥具有承载力高、耐冲击、避腐蚀、经济效益好等特点，该桥且在半径为650m的平曲线上，纵横坡均为4%，拱肋几何线型是考虑了恒载、风载及荷载经多次调整修正而得到较为理想的抛物线型拱轴线设计。拱的特点在于内拱倾斜铅直角度35.5°,外拱倾斜铅直夹角13.5°,这在国内是少见的,两拱均由封闭的椭圆形变载面钢构成，拱脚固结在拱座上。外拱设19根吊杆，内拱设21根吊杆，吊杆采用带PE护套的钢丝绞型成品拉索，锚具均为冷铸墩头锚。曲线钢箱梁是正交异性钢构件全桥拱跨长度范围内连续成一个与拱肋，吊杆构成空间整体承受荷载。该桥由12个拱脚、拱肋段和15个钢箱梁段及40根吊杆组合成，此部分由生产厂家制作供应的半成品构件运到现场安装。2、主桥安装施工流程安装施工顺序如图所示：3、准备阶段的质量控制3．1钢栈桥的施工——安装龙门起重机钢栈桥沿桥方向双线布置，由支撑钢管（包括管基础）、工字钢纵梁、横梁、贝雷片主纵梁等组成，左线械桥长度135m，右线械桥138m、中心距为62m，顶面高度基本与桥面齐平。采用φ600mm和φ800mm钢管桩做基础，在主付通航孔位置的三个临时支墩的支撑钢管采用2排×3根，间距2×2×2.5m，其它采用2排×2根，间距2.5×2.5m。水上钢管桩采用60t浮吊和90KW震动锤施工，拱肋拱脚段及钢横梁、端梁的安装钢箱梁中间段的安装吊杆安装张拉施工外拱中间段、合拢段的安装内拱中间段、合拢段的安装2陆上采用25t汽车吊和90KW震动锤施工。钢管桩施打时采用入土深度和停锤贯入度双控制，单桩最大设计承载力40.5t。支撑钢管施工完成后，在每排钢管上设置纵向分配梁、工字钢纵梁嵌在支撑钢管中并固定，其上安放贝雷片主纵梁。通航孔位置采用双层8排加强型贝雷梁，其余均采用单层8排贝雷片。控制点：钢管入土深度、承载力、贝雷片纵梁安放。利用试验桩验证其承载力的质量。3．2跨墩式龙门吊施工——安装拱肋、钢箱梁、吊杆的起重设备。龙门吊自重350t，起重能力140t，跨径62m，高度25m，主横梁高度8m，均采用万能杆件组装而成，每个主横梁顶设置2台起重小车，每台按起重能力50t设计，龙门吊在南引桥9#～10#间搭架分段拼接安装而成。龙门吊安装成后，邀请华南理工大学进行电脑模拟试验，符合规范要求；并报广东省特种设备检验进行验收。控制点：龙门吊组装质量、起重能力、安全程度、刚度性能。3．3钢箱梁及拱肋临时支撑搭建——接口支撑构件支撑编号1#～17#及11#1～17#1临时支架，均采用贝雷片、型钢组合成支撑。其中1#～10#用于钢箱梁的安装，沿桥梁中轴线搭建，11#～17#用于外拱的安装，11#1～17#1用于内拱肋的安装，均设置在分段接口位置，1#～10#外，其余均在水上搭建。1#、10#用φ800mm钢管建在承台上。水上支撑采用φ600mm钢管，用60t浮吊和90KW震动锤施打，用槽钢、钢板条施焊固定。控制点：入水深度、承载力、分段口位置。利用试验桩验证承载力，利用全站仪确定对接口位置。4、主桥安装4.1拱脚段、钢横梁、端梁的安装拱肋共有12个分段：内拱肋的拱脚段2个（H-01号、H-02号），中间段H-03、04、05、06共4个段；外拱脚段2个（H-08、H-09号），中间段H-10、11、12、13共4个段；钢箱梁共有15个段：端梁2个（H-15、H-29号），横梁2个（H-16、H-28号），中间段11个（H-17～H-27号）。拱肋钢箱梁的安装，是从南北两岸向中间合拢进行的，拱肋钢箱梁有时分别安装。这里以南岸拱脚段H-02、H-09号及横梁H-28号、端梁H-29号为例，阐明主要安装程序步骤及方法。以下面简图为例：4.1.1划线：3ADMEBCHKN吊吊线路中心端梁钢横梁内拱（）重心点顶预埋钢板翘起拉（）外拱内外拱对接线承台LL`K`H`HK南岸拱脚与钢横梁，端梁的安装示意图在承台预埋的钢板平面上，利用全站仪按设计的座标划出纵横向中心线L-L′、H-H′及拱脚对位线K-K′并审核该线无差错即可用龙门吊起吊拱脚段H-02号，起吊前对H-02号底同样划出相应三条对位线。4.1.2用龙门吊起吊安装在统一指挥下，起吊拱脚H-02号，缓缓下落，对位三条线，龙门吊不松钩，在全站仪配合下对A、B、H、H′、L、L′等点线，进行调整座标及高程，调整到公差范围内，位置确定后，进行第一次定位焊，然后检查拱脚扭曲、翘曲变形，H-02号虽然存在此变位，施工人员采用丝栓顶、千斤顶拽、火焰燃等方法，调整好了变形，使拱脚处于设计图要求的位置，再次定位焊，龙门吊松钩，进行下道工序。对H-02进行底部周边划线切割余量，内部周边开坡口，外侧周边清根加陶瓷垫，用C02自动焊进行与底板的施焊作业，对接口（C-K）周边同样划线切割余量，精密曲线自动切割机开坡口，坡口处要铲磨。4.1.3拱脚H-02号与H-09号相对接吊装H-09号拱脚前该接口同样划对接线，切余量、开坡口，在全站仪配合下与H-02号相卸接，除对准三条纵横向线外，还要对D.C点的座标、高程，达到设计公差范围；这次安装时H-09号未有扭曲变形，调整顺利，进行底部划线切余量，开坡口。定位焊，内外部进行全部施焊作业，完成安装对接施工。4.1.4安装横梁H-28号——该横梁是夹在拱脚中间桥面位置。吊装前按照拱脚H-02、09号的端圆弧，划横梁M、N端线，切缺口开坡口，吊装横梁与拱脚纵横向中心线相对至重合，全站仪测量M、N相连点的座标高程，控制横梁两端位置，桥面上测量E、4F、F′三点确定桥面位置，调整至公差范围，按设计要求安装成功。FF`EE`MN桥梁中心线横向中心线横梁4.1.5安装端梁H-29号——拼接在横梁外侧吊端梁H-29号与H-28号相对接，对纵向中心线EE′，用全站仪测量端梁E′及预先定出的二点（相似于FF′），三点控制其座标及高程，调整无误后，划线切横向余量开坡口进行施焊工序。总合以上安装有小结程序：吊装对位调整座标调整变形划线切余量开坡口施焊结束。4．2桥北拱脚段H-01、H-08号、横梁H-16号、端梁H-15号；外拱肋：H-08、09、10、11、12、13号；内拱肋：H-01、02、03、04、05、06号；钢箱梁：H-17～22、H-27～23号，对接基本合拢段为H-22、23号缝间，均按照上述小结的安装程序依次进行，通过实践证明安装中未遇到任何事故和障碍，安装顺利。全桥钢结构安装焊接完成后，按设计要求采用X光射线和超声波探伤方法对所有焊缝进行检测，检测的焊缝全部合格控制点：调整、对位、复查座标、施焊质量、探伤。5、主桥拱肋钢管砼的灌注施工长江主桥拱脚段按设计图必须灌注C50无收缩砼，采用HEA作为微膨胀剂，拱肋内砼采用泵送顶升浇灌法，浇注位置内拱吊杆N8段面处，外拱吊杆W10段面处。灌注分两次进行，第一次从拱脚灌注至横梁顶面，第二次灌注横梁以上段砼，第二次灌注砼采用先外拱后内拱的顺序进行。5．1砼配合比的确定砼的配合比较重要，尤其是微膨胀剂的掺量，如果掺量过少达不到膨胀率要求，掺量过大就会产生拱肋钢管胀鼓而作废，所以专门下了（2007）1号监理通知单，要求按设计要求去做，做到万无一失。项目部根据一公司中心试验室和炬达商品砼有限公司拌和站对原材料、拌和料联合试验多次反复试拌调配、确定了本期拱肋的微膨胀砼的配合比设计，其中高效缓凝减水剂DF-FDN、微膨胀剂（HEA）掺量4.6%，坍落度18～22cm，扩展度≥50cm等指标均符合设计要求，其中HEA膨胀剂为江门市中建科技开发公司签发的产品合格证、检验报告单手续齐全，设计要求微膨胀剂（HEA）4～56%范围内，原项目部方案中采用6%，在监理坚持下，在浇注前经过再三试验改为4.6%，这样有利于安全施工，实践证明效果好。控制点：试验、配合比、掺量。5．2冷水管设置及测温冷水管采用外经为40mm的普通钢管，循环水管出入口设置阀门控制管道泵，砼水循环后排出拱肋处，此按设计图要求布置的。冷水管在浇注砼前进行了通水试验，保证其使用中不漏水不阻塞等现象产生。温度测量，在砼温度上升阶段（前7天）每2小时测一次，温度下降阶段（后3天）每4小时测一次，作好记录，水压则根据气温及水化热情况适当调整；冷水管使用完后，水管内用微膨胀水泥浆封孔。控制点：水压温度、循环5．3拱肋砼的灌注2007年2月10日晚7：45分开始灌注南岸拱肋第一层砼，灌注前一天提前联系了炬达砼有限公司商品砼，按已试验好的配合比进行砼的供应，砼灌前监理检查已装好进料导管、排气孔、出浆口以及现场使用的温度计、振捣棒、抽水泵等齐全，人员到位，灌注时采用对称顶升法进行逐层浇注，浇注中砼坍落度为20cm，扩散度52cm，符合要求，灌注该段砼进行顺利，未出现故障，二个监理始终在场，直至11日早上6：25分结束。浇注砼前华南理工大学监控人员取断面贴感应片、拉电线、利用电脑进行了24小时的监控，监控纪录反映情况良好，2007年2月12日晚7：15分开始灌注北岸拱肋第一层砼，砼仍由原配合比炬达公司供应商品砼，坍落度20.5cm，扩散度50.5cm符合设计要求，浇注顺利，程序同南岸工序，未出现任何故障，监理全过程旁站监控、监测于12日凌晨3：00顺利结束。以上南北二岸的第一层砼拱肋的灌注程序、质量符合设计要求。2007年4月15日20：10分开始南岸拱脚桥面以上第二层砼的浇注，浇注前检查进料导管、排气孔、出浆口等完好，对卸接面进行凿毛，施工前安排专职试验员连同监理在拌和站检查督促砼的配料、搅拌及协调工作，浇注中监理全过程旁站，监控到至16日凌晨3：15分浇注结束，符合设计要求。2007年4月16日晚21：20分开始浇注北岸拱肋桥面以上第二层砼整个工程施工的程序完全同南岸浇注第二层砼一样，砼坍落度20.21cm，扩散度50cm，未出现任何故障，监理全过程旁站，17日凌晨3：20分结束。浇注所做砼试块，7天强度均在90%以上，合格。经检验砼密实度质量可靠未出现不良情况。控制点：灌注时间、配合比、质量标准6、钢箱梁预拉临时连接钢绞线、高强度螺栓及箱梁的最终合拢。66．1设计要求设计要求在钢箱梁基本合拢段H-22、H-23号之间，在常温20℃下，预留拱侧36cm，外拱侧24cm的间隙，纵向张拉后，两箱梁之间设计理论空隙是12cm，方可进行对接施焊箱梁。按设计图规定，临时张拉点布置两种：一种是1～10号采用精轧罗纹钢代高强螺栓张拉，另一种连接点是11、12号，采用钢绞线张拉，1～10、11、12号均布置在箱梁顶底板位置处。精轧罗纹钢张拉采用60t千斤顶施加压力，钢绞线张拉采用17束400t千斤顶施加压力。锚具、夹片采用欧维姆厂的制品，张拉按设计图给定值。控制点：间隙、编号、张拉、压力控制6．2张拉监控的工作按设计文件及长江主桥监控方案，其任务是主桥两端钢横梁的纵向位移，箱梁跨中合拢断面梯形缝宽的监测，合拢后的拱肋应变。合拢前几天监控组积极准备，两端横梁上设定纵向观测点处贴尺，用固定的四台经纬仪对横梁纵向位移实时监控；箱梁跨中梯形缝处通过张拉力，伸长量及缝宽三方面控制，但以缝宽为主控点。缝宽的监测点采用千分表测定，顶板5个、底板3个，共8个观测点，内外拱肋在L/4、；L/2、3L/4截面处，布置好控制位置后，并用全站仪进行张拉前后的配合测量。控制点：观测点、测量6．3箱梁的合拢张拉2007年4月27日项目部技术人员、吊杆生产厂家柳州欧维姆厂张拉人员到场对千斤顶、油压泵、压力表等检